大连海事大学的周山则通过应用数值模拟得到整个客船舱室的空气流场分布情况。同时利用模拟结果,对空调系统的通风方式进行优化,再调整送、回风口位置和角度等参数后,重新进行模拟,进而得到更加有效的通风布置方案[10]。图 1-1、图 1-2 分别为机舱的结构平面图和三维模型。
机舱的侧视图 机舱三维模型
江苏科技大学的历盼盼以典型船员舱室为例,通过实验综合分析提出了由大温差低温送风、变送风量技术、温湿独立处理辅助技术相结合的复合型空调系统。在研究该系统在船舶舱室舒适性方面的问题时,应用计算流体力学,RNG k-ε湍流模型,模拟分析比对舱室在不同送风温度和送风量下的人员舒适性,最终得出研究结果。系统方案设计原理如图 1-3 所示,系统主要有如下特点:
(1)冷媒(冻)水的供回水温差为 10℃,其中供水温度为 3℃,回水温度为 13℃;
(2)进一步降低送风温度,送回风温差达到10℃~20℃。
大温差送风系统原理图
大连海事大学的于学兴通过比较研究现有机舱通风量的计算方法,总结出了在纯热压作用下,对机舱自然进风量和进风管阻产生影响的一些因素,并着重研究了进、排风栅的高度和面积、进风管的截面积等自然进风量的影响[12-13]。
目前国外在船舶舱室领域的的空调通风系统研究较少,其研究主要集中在陆上建筑物空间上,且主要有两个方向,分别是研究具有微尺度对流或辐射效应的微小空间内整体散热性,和对存在相变的多相流模型。
Ooi Yongson,Irfan Anjum Badruddin,Z。A。 Zainal等人利用流体力学软件对一个标准的办公室进行仿真模拟,模拟时的湍流模型分别选用 k-ε 湍流和雷诺应力模型,结果显示虽然雷诺应力模型需要较长的计算时间,但具有更加独立的网格间距。同时流体力学软件可以得到不同平面的温度、速度分布的可视图,研究人员通过分析送风口的安装位置寻找最优方案,从而能够实现舱室的最大舒适度。模型结构如图 1-4 所示[14]。
韩国的Kwang Ho Lee,Sang Min Kim和Jong Ho Yoon等人利用energy+版本6。0演示在韩国气候条件下一栋三层办公大楼内送风温度对地板送风系统的影响,包括能耗、湿度和舒适性。办公室示意图
美国在进行军舰舱室通风系统设计时,使用先进的负荷计算法和系统压力平衡法,相比传统的设计,此方法能够极大提高设计精度,从而可以充分保障船员的生活和工作需求,同时由于降低了暖通空调能耗使得系统整体获得了很大的经济效益。欧洲各国等在舰船各舱室气流组织设计时将其作为一个整体,利用基于数值方法的流体网络来模拟、分析空调通风系统,以改进优化现有设计和选型[15]。
综上,目前在包括船舶舱室在内的通风系统的研究可以大致分为两种情况:一是只对现有的模型进行数值仿真而不做变化,得到直观的流场分布;二是通过研究不同的舱室通风条件如送、回风口位置和送风速度和温度等对内部空气流场的影响,并将模拟结果作为优化现有设计的参考。显然后者更有实际研究意义。